滑动部件和使用该滑动部件的轴承制造技术

一种滑动部件，具有氮化硅烧结体，该氮化硅烧结体含有换算成氧化 物占7～18质量％的稀土类元素，并含有换算成氧化物占0.1～3质量％的 选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W的至少一种元素M，且杂质阳离 子元素的合计含量为0.3质量％以下，热传导率为60W/m·K以上。氮化硅 烧结体具有氮化硅晶粒和晶界相，结晶化合物相在晶界相中所占的比例以 面积比为20％以上，且结晶化合物相的平均粒子直径为0.5μm以下。滑动 部件例如作为轴承滚珠(2)使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及滑动部件和使用该滑动部件的轴承。
技术介绍
滑动部件在例如轴承部件、滚轧用轧制件、压縮机用叶片、燃气轮机叶片、 凸轮滚柱等各种领域中进行使用。滑动部件正在使用轻量而又高强度的陶瓷材 料。特别地，由于氮化硅烧结体具有优良的机械强度和耐磨损性，因此其在轴 承滚珠等轴承部件中的应用正在推广。针对使用氮化硅烧结体的轴承滚珠等轴承部件，曾提出了基于例如烧结体 成分(烧结助剂的种类和添加量等)的控制、烧结体中的各辅助剂成分的形态控 制、制造工序的控制等，来提高以机械强度和滚动寿命为代表的滑动特性的技术方案(参照专利文献1、 2)。在专利文献1中记载了一种氮化硅烧结体，其含 有换算成氧化物占2 10质量％的作为烧结助剂的稀土类元素，含有2 7质 量％的尖晶石，含有1 10质量％的碳化硅，并含有换算成氧化物占5质量％ 以下的选自Ti、 Zr、 Hf、 W、 Mo、 Ta、 Nb和Cr的至少一种元素。然而，在具有HDD和DVD等盘片介质的电子设备中，用主轴电动机使转轴 高速旋转，使安装在转轴上的盘片起作用。曾尝试在高速旋转的转轴的轴承中 使用轻量且具有优良的耐磨损性的氮化硅烧结体制的轴承滚珠。但是，与以往 的金属制的轴承滚珠相比，氮化硅烧结体制的轴承滚珠在热传导性方面较差， 因此，存在无法将转轴高速旋转产生的热量高效地朝外部释放的难点。另外，也曾尝试改进氮化硅烧结体的热传导率(参照专利文献3、 4)，但 单纯提高热传导率可能会牺牲滑动特性。另一方面，在作为各种电子元器件的 安装基板和散热板使用的氮化硅烧结体中，曾提出了通过使用降低了氧含量和 杂质阳离子元素量的氮化硅粉末来提高热传导率的氮化硅烧结体(参照专利文献5)。然而，被应用于安装基板和散热板的电子元器件用氮化硅烧结体不具 有足够的耐磨损性。因此，无法将电子元器件用氮化硅烧结体直接应用于轴承 部件等滑动部件。专利文献1:日本专利特开2003-034581号公报 专利文献2:日本专利特开2006-036554号公报 专利文献3:日本专利特许第3445342号公报 专利文献4:日本专利特开2000-034172号公报 专利文献5:日本专利特开平6-135771号公报
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可在维持氮化硅烧结体所具有的耐磨损性和 滑动特性的同时提高热传导性的滑动部件、以及使用该滑动部件的轴承。本专利技术的实施方式所涉及的滑动部件，具有氮化硅烧结体，该氮化硅烧结 体含有换算成氧化物占7 18质量％的作为烧结助剂的稀土类元素，含有换算 成氧化物占0. 1 3质量％的选自Ti、 Zr、 Hf、 Mg、 V、 Nb、 Ta、 Cr、 Mo和W 的至少一种元素M，且作为杂质阳离子元素的Li、 Na、 K、 Ca、 Sr、 Ba、 Fe、 Mn和B的合计含量为0. 3质量％以下，其特征是，上述氮化硅烧结体具有氮化 硅晶粒和晶界相，上述结晶化合物相在晶界相中所占的比例以面积比为20 %以 上，且上述结晶化合物相的平均粒子直径为0. 5Mm以下，并具有60W/m K以 上的热传导率。本专利技术的实施方式所涉及的轴承，其特特征是，具有由本专利技术的实施方式 所涉及的滑动部件形成的滚动体。附图说明图1是用局部截面来表示本专利技术的实施方式所涉及的轴承的结构的图。 (符号说明)1…轴承，2…轴承滚珠，3…内圈，4…外圈。具体实施例方式以下，说明实施本专利技术用的形态。本专利技术的实施方式所涉及的滑动部件具 有氮化硅烧结体，该氮化硅烧结体含有换算成氧化物占7 18质量％的作为主 成分的氮化硅和作为烧结助剂的稀土类元素，并含有换算成氧化物占0. 1 3 质量X的选自钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、镁(Mg)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、 铬(Cr)、钼(Mo)和鸨(W)的至少一种元素M。在氮化硅烧结体中，作为烧结助剂，还可含有换算成氧化物占0.3 4质 量％的铝。稀土类元素和铝形成例如由Si-R-A1-0-N化合物(R:稀土类元素) 构成的晶界相，由此帮助烧结体变得致密。氮化硅烧结体主要由氮化硅晶粒(结 晶相)和晶界相构成。作为烧结助剂添加到氮化硅烧结体中的稀土类元素没有特别的限制，较为 理想的是使用钇(Y)、镧(La)、铈(Ce)、钐(Sm)、钕(Nd)、镝(Dy)、铒(Er)等 镧系稀土类元素。稀土类元素例如以氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、硅化 物等形式进行添加。作为烧结助剂的稀土类化合物，理想的是选自Y、 Ce、 Sm， Nd和Er的至少一种元素的氧化物。若稀土类元素的含量换算成氧化物不足7质量％，则无法使氮化硅烧结体 变得足够致密。并且，结晶化合物相在晶界相中所占的比率下降，无法充分提 高氮化硅烧结体的热传导率。氮化硅晶粒的晶粒生长也会变得不充分，因此， 还可能无法充分提高滚动寿命等滑动特性。若稀土类元素的含量换算成氧化物 超过18质量％,则氮化硅烧结体中的晶界相的量变得过剩，因此，强度和热 传导率下降。稀土类元素的含量理想的是换算成氧化物占8 14质量％。作为烧结助剂的铝起着促进稀土类元素作为烧结促进剂的功能的作用，例 如以氧化铝和氮化铝等形式进行添加。若铝的含量换算成氧化物不足0. 3质量 %，则氮化硅烧结体的致密化可能会变得不充分。若铝的含量换算成氧化物超 过4质量％，则不仅晶界相增加，而且可能会因铝固溶到氮化硅晶粒中而导致 热传导率下降。铝的含量理想的是换算成氧化物占0. 7 2质量％。一般而言，基于稀土类化合物和铝化合物等生成的晶界相以非晶质相、结 晶质相、或者它们的混相形式存在。在本实施方式的氮化硅烧结体中，将结晶化合物相在晶界相中所占的比例以面积比设定成20%以上。通过提高结晶化合 物相在晶界相中所占的比例，可提高氮化硅烧结体的热传导率。若结晶化合物 相在晶界相中所占的比例以面积比不足20%，则基于相对增加的非晶质相，氮化硅烧结体的热传导率下降。结晶化合物相的比例较佳的是以面积比设定成30%以上。另外，晶界相中的结晶化合物相具有0.5ixra以下的平均粒子直径。若结 晶化合物相的平均粒子直径超过0. 5 u m，则氮化硅烧结体的机械强度和滑动特 性等会变得不足。即，结晶化合物相虽然有助于提高氮化硅烧结体的热传导率， 但在机械强度方面比氮化硅晶粒和非晶质晶界相差，因此，若结晶化合物相过 大，则会有损氮化硅烧结体的机械强度和滑动特性等。因此，将晶界相中的结 晶化合物相的平均粒子直径设定成0.5um以下。结晶化合物相的平均粒子直 径更佳的是设定成0. 3 P m以下。较佳的是将晶界相中的结晶化合物相的平均粒子直径设定成0.5um以 下，并将最大粒子直径设定成lm以下。若在氮化硅烧结体的晶界相中存在 最大粒子直径超过lum的结晶化合物相，则容易以此处为起点产生龟裂。因 此，在使用氮化珪烧结体作为滑动部件时，滚动寿命等可能会下降。通过像上 面那样将晶界相中的结晶化合物相的平均粒子直径设定成0.5um以下，可在 不会有损氮化硅烧结体的机械强度和滑动特性等的情况下提高热传导率。另 外，通过将结晶化合物相的最大粒子直径设定成lnm以下，能以更好的重复性来提高氮化硅烧结体的滑动特性等。像后文详细说明的那样，可通过调整烧结助剂的种类和添加量并控制氮化 硅烧结体的烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滑动部件，具有氮化硅烧结体，该氮化硅烧结体含有换算成氧化物占７～１８质量％的作为烧结助剂的稀土类元素，含有换算成氧化物占０．１～３质量％的选自Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ和Ｗ的至少一种元素Ｍ，且作为杂质阳离子元素的Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ和Ｂ的合计含量为０．３质量％以下，所述滑动部件的特征在于，　所述氮化硅烧结体具有氮化硅晶粒和晶界相，所述结晶化合物相在晶界相中所占的比例以面积比为２０％以上，且所述结晶化合物相的平均粒子直径 为０．５μｍ以下，并具有６０Ｗ／ｍ·Ｋ以上的热传导率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.13 JP 248024/20061. 一种滑动部件，具有氮化硅烧结体，该氮化硅烧结体含有换算成氧化物占7～18质量％的作为烧结助剂的稀土类元素，含有换算成氧化物占0.1～3质量％的选自Ti、Zr、Hf、Mg、V、Nb、Ta、Cr、Mo和W的至少一种元素M，且作为杂质阳离子元素的Li、Na、K、Ca、Sr、Ba、Fe、Mn和B的合计含量为0.3质量％以下，所述滑动部件的特征在于，所述氮化硅烧结体具有氮化硅晶粒和晶界相，所述结晶化合物相在晶界相中所占的比例以面积比为20％以上，且所述结晶化合物相的平均粒子直径为0.5μm以下，并具有60W/m·K以上的热传导率。2. 如权利要求l所述的滑动部件，其特征在于，所述氮化硅烧结体还 含有换算成氧化物占0.3 4质量％的铝。3. 如权利要求l所述的滑动部件，其特征在于，所述晶界相中的所述 结晶化合物相的最大粒子直径为lum以下。4. 如权利要求l所述的滑动部件，其特征在于，所述氮化硅烧结体的 气孔率为0. 1%以下。5. 如权利要求l所述的滑动部件，其特征在于，所述晶界相中的所述 结晶化合物相的平均粒子直径为0.3pm以下。6. 如权利要求l所述的滑动部件，其特征在于，所述氮化硅烧结体含 有的所述稀土类元素和所述元素M的合计量换算成氧化物为20质量％以 下。7. 如权利要求2所述的滑动部件，其特征在于，所述氮化硅烧结体含 有的所述稀土类元素、所述铝和所述元素M的合计量换算成氧化物为20质 量％以下。8. 如权利要求1所述的滑动部件，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：高尾实，
申请(专利权)人：株式会社东芝，东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：JP